TWI634372B - 兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器，前光模組包括一前光板、複數光學微結構、一光學膠與一光源，並與一反射式顯示面板組合形成顯示器。光學微結構佈設於前光板之一出光面或相對出光面之一底面，且各光學微結構分別為凹陷結構，其側壁面與底面夾設有介於155~175度之一夾角。光學膠塗佈於出光面或底面並填滿於光學微結構內，且光學膠之折射係數介於1.35~1.5。光源對應前光板之一入光面設置以提供側入光線，藉此光線入射至前光板後，透過光學微結構與光學膠而形成具高亮度與對比度之均勻出光，有效地提升顯示畫面的品質。

Description

兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器

本發明係與前光模組領域相關，尤其是一種兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器。

現今的顯示器係可區分為兩大種類，其一為穿透式顯示器，另一種為反射式顯示器。穿透式顯示器需透過設置於顯示面板背部之背光模組作為光源，以達到顯示畫面功效。反射式顯示器之顯示面板係利用環境光作為光源，將照射至顯示面板之環境光反射進而達到顯示目的。惟若使用環境之光線不足時，其顯示品質將會大受影響，故反射式顯示器多半會再搭載設置於顯示面板前側之一前光模組進行使用，以於環境光不足之情況下提供照明光線予顯示面板，進而維持顯示品質。

前述之背光模組或前光模組，皆可應用導光板來實現均勻供光需求。導光板係為一種可讓光源如LED所提供之光線於內部傳導，並適當地於特定區域藉由破壞全反射方式出光，以形成均勻面光源之光學元件。然，使用於背光模組或前光模組中的導光板，在開發設計上仍有不同的考量因素。以前光模組為例，其所提供之光線對比度與亮度強弱，為影響顯示器品質之相當重要因素，故在前光模組的設計中，須注意該些開發要點，例如前光模組相對顯示面板之主要出光需要具有一定強度，才能讓面板反射進而讓使用者觀看顯示畫面。另一方面，由於前光模組設置於顯 示面板前方，因此其設計上亦須同時考量相對使用者肉眼可見之結構呈現，是否會造成視覺上之瑕疵。

有鑑於此，本發明人係構思一種兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器，以有效提升習知前光模組之出光效能，進而增進顯示器品質。

本發明之一目的，旨在提供一種兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器，其係具有極佳之出光效能，藉以提升搭配組設之顯示器顯示品質，給予使用者更佳的使用感受。

為達上述目的，本發明於一實施方式揭示一種兼具高對比度及亮度之前光模組，供以應用於一反射式顯示器，其包括：一前光板，具有一入光面及一出光面，該出光面與該入光面垂直鄰接；複數光學微結構，佈設於該出光面或與該出光面相對之一底面，且分別為凹陷結構，各該光學微結構之側壁面與底面夾設有一夾角，該夾角介於155~175度；一光學膠，塗佈於該出光面或該底面，且該光學膠係填滿該等光學微結構，該光學膠之折射係數介於1.35~1.5；及一光源，對應該入光面設置，以提供側入光線；藉此，該光源之光線入射至該前光板後，係透過該等光學微結構與該光學膠而於該底面形成具高亮度之均勻出光。藉此，透過光學微結構之夾角，以及光學膠之折射係數限制，使光線得以透過光學微結構與光學膠形成均勻且具高亮度與對比度之出光，供搭配應用之顯示器具有更佳的顯示品質。

本發明於另一實施方式中係揭示一種兼具高對比度及亮度 之顯示器，其包括：一前光模組，包括：一前光板，具有一入光面及一出光面，該出光面與該入光面垂直鄰接設置；複數光學微結構，佈設於該出光面或與該出光面相對之一底面，且分別為凹陷結構，各該光學微結構之側壁面與底面夾設有一夾角，該夾角介於155~175度；一光學膠，塗佈於該出光面或該底面，且該光學膠係填滿該等光學微結構，且該光學膠之折射係數介於1.35~1.5；及一光源，對應該入光面設置，以提供側入光線；及一反射式顯示面板，對應該底面設置；藉此，該光源之光線入射至該前光板後，係透過該等光學微結構與該光學膠而於該底面形成具高亮度與對比度之均勻出光。本實施方式之顯示器，係可藉由前光模組獲得均勻且具高亮度與對比度之光線，進而有效地提升畫面顯示效能。

基於前述二實施方式，於再一實施方式中，該光學膠之折射係數較佳為1.5，以使前光板具有較佳之出光呈現。

或於另一實施方式中，係揭示光學微結構之該夾角較佳為170度，同樣可使前光板之出光符合需求。

而關於前光板之製作，於一實施方式中揭露該前光板係經由一加工模具以射出成型方式製成，且該加工模具係透過刀具旋轉切削加工，以於射出成型時在該前光板翻印形成具有光滑表面之該等光學微結構，藉此以達快速量產前光板及其上光學微結構之目的。惟除了刀具切削外，亦可使該加工模具透過雷射轟擊加工，而於射出成型時在該前光板翻印形成具有粗糙表面之該等光學微結構，同樣可快速地生產具光學微結構之前光板。

此外，除了射出成型，為更利於生產薄型前光板，於一實施 方式中係揭示該前光板經由一加工模具以卷對卷押出成型方式製成，且該加工模具係將一金屬模具電鑄翻印，進而形成與該等光學微結構相對應之網狀凸點於該加工模具上，藉此達到快速量產具有光學微結構之前光板的目的。

承前述，於再一實施方式中，該金屬模具受刀具旋轉切削成形，使該些網狀凸點具光滑表面，進而使各該光學微結構為具光滑表面之凹陷結構，藉此使翻印後之加工模具可於前光板押出形成具光滑表面之光學微結構。

或於另一實施方式中，該金屬模具受雷射轟擊成形，使該些網狀凸點具粗糙表面，進而使各該光學微結構為具粗糙表面之凹陷結構，藉此使翻印後之加工模具可於前光板押出形成具粗糙表面之光學微結構。

並為了提升前光板的保護效能，於一實施方式中，該出光面塗佈有另一光學膠，以使該前光板與一保護面板黏合組接，藉此即可透過該保護面板提升前光板之抗磨或防刮等能力。

此外於一實施方式中係揭示各該光學微結構之最大深度介於1.4~1.6μm，以避免使用者直視即可窺見光學微結構，而影響畫面顯示效果。

綜上所述，本發明提供之兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器，係可藉由前光板上的光學微結構夾角限制，與搭配的光學膠折射係數限制，以提供具有高對比度與亮度之均勻出光，而有效地提升整體顯示品質。並且前光板上之的光學微結構，係依據加工模具的施作手法，而可為具光滑表面或粗糙表面之凹陷結構，且皆能提供極佳的出光效能。此 外，為提升前光板的使用壽命與保護效能，於其上亦可設置保護面板。並為防止未點亮前光模組時，使用者肉眼即可見該些光學微結構，進而影響畫面呈現，前光模組對於光學微結構之深度亦有所限制，以求提供更為完善及高品質之顯示畫面。

1‧‧‧前光模組

10‧‧‧前光板

101‧‧‧入光面

102‧‧‧出光面

103‧‧‧底面

11‧‧‧光學微結構

111‧‧‧光學微結構之傾斜面

112‧‧‧光學微結構之底面

12‧‧‧光學膠

12a‧‧‧光學膠

13‧‧‧光源

2‧‧‧顯示器

20‧‧‧反射式顯示面板

3‧‧‧加工模具

30‧‧‧網狀凸點

4‧‧‧金屬模具

5‧‧‧保護面板

θ‧‧‧夾角

A‧‧‧刀具

B‧‧‧雷射

D‧‧‧深度

第1圖，為本發明一實施方式之前光模組與反射式顯示面板分解示意圖。

第2圖，為本發明一實施方式之前光板與光學膠局部剖面示意圖。

第3圖，為本發明一實施方式之前光模組測試結果圖。

第4圖，為本發明一實施方式之金屬模具經刀具切削加工示意圖。

第5圖，為本發明一實施方式之金屬模具經雷射加工示意圖。

第6圖，為本發明一實施方式之前光板押出成型示意圖。

第7圖，為本發明一實施方式之前光模組、反射式顯示面板及保護面板分解示意圖。

如前述，對於前光模組的開發，各廠商多半朝向使主要出光朝向面板處作為最重要的設計要件之一，藉此讓顯示面板接收足夠的光線強度以進行反射並顯示畫面，同時前光模組本身之出光對比度亦對顯示品質有重大的影響。為可提高前光模組之出光效能，以增加搭載使用之顯示器顯示品質，本發明人於此遂提出一種兼具高對比度及亮度之前光模組1，請參閱第1、2、3、4、5及6圖，其係為本發明一實施方式之前光模組與反射式顯示面板分解示意圖、前光板與光學膠局部剖面示意圖、前光模組測 試結果圖、金屬模具經刀具切削加工示意圖、金屬模具經雷射加工示意圖及前光板押出成型示意圖。本發明揭示一種兼具高對比度及亮度之前光模組1，供以應用於一反射式顯示器，包括一前光板10、複數光學微結構11、一光學膠12及一光源13。

前光板10係具有一入光面101及一出光面102，且出光面102與入光面101相互垂直鄰接。光學微結構11佈設於該出光面102或與該出光面102相對之一底面103，且分別為凹陷狀結構，各光學微結構11之側壁面111與底面112並夾設有一夾角θ，且夾角θ係介於155~175度，並於本實施方式中係以該些光學微結構11設置於底面103為例說明。光學膠12則塗佈於出光面102或底面103，並填滿於各光學微結構11。光源13可為複數發光二極體設置於電路板之燈條型態，並對應入光面101設置以提供側入式光線，藉此，光源13之光線入射至前光板1後，係透過光學微結構11與光學膠12而於底面103形成具高亮度之均勻出光。

透過各光學微結構11之夾角限制，與光學膠12之特定折射係數相互搭配下，確實可有效地提升前光模組1整體的出光對比度與亮度。於此所指之出光對比度，係為前光模組1於全開，即點亮光源13狀態下之亮度，與前光模組1於全關，即關閉光源13狀態下之亮度比值，並透過維持前光模組1之高出光對比度，係可有效提升所搭載之反射式顯示器的畫面顯示效果。而於此前光模組1之出光亮度定義則為底面103正向出光量之多寡，以提供足夠的出光強度使反射式顯示器可反射形成顯示畫面。過往之前光模組1常因多種因素導致光線能量損耗或其餘光學原理現象，造成出光亮度不足的現象，而出光亮度實為影響顯示畫面品質之一重要因素， 故本實施方式中之前光模組1，係利用如前述之光學微結構11夾角θ與光學膠12折射係數兩種條件，有效防止出光亮度衰減的現象。

如第3圖所示，針對各夾角θ與光學膠12折射係數的搭配，本發明人亦進行相關測試，可得知在各光學微結構11之傾斜面111與底面112夾設形成之夾角θ介於155~175度，且光學膠12之折射係數為1.35~1.5之搭配下，皆可使前光模組1具有較佳的出光對比度。又當光學微結構11傾斜面111與底面112之夾角θ過小時，係會影響前光模組1之最大出光亮度，故為可獲得較佳的出光態樣，係於本實施方式中將光學微結構11夾角θ與光學膠12折射係數限定於前述範圍內。並且於光學微結構11夾角為170度或光學膠12折射係數為1.5之較佳實施態樣下，係可獲得最佳之出光對比度及亮度。而於前光板10製成該些光學微結構11之方式，係可透過刀具直接於前光板10之出光面102或底面103旋轉切削，進而形成具光滑表面之該些光學微結構11，或透過雷射轟擊加工形成具粗糙表面之該些光學微結構11。

而於本實施方式中，係如第4、5及6圖所示，前光板10為經由一加工模具2以卷對卷押出成型方式製成，且加工模具3係將一金屬模具4電鑄翻印，進而形成與光學微結構11相對應之網狀凸點30於加工模具3。較佳者，金屬模具4係受刀具A旋轉切削成形，使翻印後之網狀凸點30具光滑表面，進而讓前光板10之各光學微結構11為具光滑表面之凹陷結構。更具體地說，金屬模具4受到刀具A切削加工後，經由電鑄翻印或翻鑄技術，產出前述具網狀凸點30之加工模具3，而後再透過加工模具3於前光板1押印出具光滑表面之光學微結構11。金屬模具4除了藉由刀具 A切削加工外，亦可利用雷射B轟擊成形，如第5圖所示，使該些網狀凸點30具粗糙表面，並透過前述之電鑄翻印或翻鑄技術，產出加工模具3，而後再於前光板1押印出具粗糙表面之光學微結構11。惟前述之電鑄係屬習知技術，於此即不加以贅述。

雖本實施方式係以押出成型製成前光板1為例說明，然本發明並不以此為限。除了押出製程外，前光板10亦可經由一加工模具以射出成型方式製作，且加工模具係透過刀具旋轉切削加工，以於射出成型時在前光板10翻印形成具有光滑表面之該些光學微結構11。更具體地說明，加工模具3係指經刀具旋轉切削加工後，進一步透過翻模技術製成之模仁，例如可採前述之電鑄翻印或翻鑄方式，使其具有對應光學微結構11之結構，藉此於射出成型時，即可直接在前光板10形成為光滑表面之光學微結構。當然，除了以刀具切削並翻模製成前述加工模具外，亦可透過雷射加工方式製成供以射出成型之加工模具，並於射出成型時在前光板10翻印形成具有粗糙表面之該些光學微結構11。

此外，特別一提的是，由於前光模組1係設置於反射式顯示器前側，亦即為使用者直接觀看的元件，因此為避免使用者於未點亮前光模組1時即可觀得光學微結構11，進而影響畫面顯示效果，較佳者，各光學微結構11之最大深度D係介於1.4~1.6μm，以利用極淺的槽狀結構防止使用者產生具瑕疵之視覺觀感。

請續參閱第7圖，其係為本發明一實施方式之前光模組、反射式顯示面板及保護面板分解示意圖。如圖所示，為使前光板10表面具有較佳的保護效果，於出光面102係塗佈有另一光學膠12a，以使前光板10 與一保護面板5黏合組接，藉此即可讓前光板10之抗刮抗磨效能提升，甚可視保護面板5的材質特性進一步提供光學調整效能。由於本實施方式係以光學微結構11設置於底面103為例，倘若光學微結構11設置於出光面102時，在塗佈折射率介於1.35~1.5之光學膠12後，亦可再塗佈另一層光學膠12a以黏合保護面板5，並此結構設置並不影響前光模組1之出光效能，且用以黏合保護面板5之光學膠12a與填充於光學微結構11之光學膠12可使用相同之膠體。換言之，出光面102無論佈設有單層光學膠或雙層光學膠皆可，且不會影響其具高對比度與亮度之均勻出光呈現。

請復參閱第1至7圖，本發明亦揭示一種兼具高對比度即亮度之顯示器2，其包括如前所述之前光模組1及一反射式顯示面板20。前光模組1包括前光板10、光學微結構11、光學膠12與光源13。前光板10具相互垂直鄰接之入光面101與出光面102，光學微結構11設置於出光面102或與出光面102相對設置之一底面103，且為凹陷結構，各光學微結構11之側壁面111與底面112夾設有夾角θ，且夾角θ介於155~175度。光學膠12依據光學微結構11之佈設位置塗佈於出光面102或底面103，並填滿於光學微結構11內，且光學膠12折射係數介於1.35~1.5，光源13則對應入光面103設置以提供側入光線。反射式顯示面板20對應底面103設置，供以接收由底面103射出之高亮度與對比度之均勻出光，並達顯示畫面之目的。其餘細部技術特徵已於前述，請復參閱前述內容。

同樣地，如前一實施方式所述，光學膠12折射係數較佳為1.5，光學微結構11之該夾角θ較佳為170度，當前光模組1以前述條件設置時，可使顯示器2具有最佳的顯示效果，且光學微結構11係可透過刀具 切削或雷射加工成形。而前光板10之製造，係可如第4~6圖所示，利用加工模具3以卷對卷押出成型方式製成，且加工模具3係將金屬模具4電鑄翻印並形成網狀凸點30於加工模具3上，而金屬模具4係可為刀具A旋轉切削進而於翻印後，在加工模具3上形成具光滑表面之該些網狀凸點30，或是利用雷射B轟擊加工並於翻印後，在加工模具3上形成具粗糙表面之該些網狀凸點30，而後再製成前光板10及其上之光學微結構11。除了押出成型外，前光板10亦可透過射出成型方式製造，而用以製成前光板10之加工模具3同樣也可透過刀具旋轉切削或經由雷射轟擊加工，並翻模以進行射出成型製作前光板10與其上之光學微結構11。其餘細部技術特徵已於前述，請復參閱前述內容。

此外，出光面102處係可塗佈有另一光學膠12a，以讓前光板10與保護面板5黏合組接，提升相對前光板10之防刮抗磨損等保護效能，如第7圖所示。且若光學微結構11係佈設於出光面102時，即使該處具有兩層光學膠亦不影響前光模組1之出光表現。此外，為避免使用者肉眼即可看見光學微結構11而影響顯示器2之畫面顯示效能，該些光學微結構11之最大深度D較佳係介於1.4~1.6μm。其餘細部技術特徵已於前述，請復參閱前述內容。其餘細部技術特徵已於前述，請復參閱前述內容。

綜上所述，本發明提供之兼具高對比度及亮度之前光模組及顯示器，係可有效地提升整體顯示品質，藉由前光板上的光學微結構夾角限制，與搭配的光學膠折射係數限制，以提供具有高對比度與亮度之均勻出光。並且前光板上之的光學微結構，係可直接進行切削或雷射加工成形，或透過加工模具以押出成型或射出成型方式製成前光板及其上之光學微結 構，並依據加工模具的施作手法，光學微結構可為具光滑表面或粗糙表面之凹陷結構，且皆能提供極佳的出光效能。此外，為提升前光板的使用壽命與保護效能，於其上亦可藉由光學膠黏組保護面板，以及為防止未點亮前光模組時，使用者肉眼即可見該些光學微結構，進而影響畫面呈現，前光模組對於光學微結構之深度亦有所限制，以求提供更為完善及高品質之顯示畫面。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施方式而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種兼具高對比度及亮度之前光模組，供以應用於一反射式顯示器，其包括：一前光板，具有一入光面及一出光面，該出光面與該入光面垂直鄰接；複數光學微結構，佈設於該出光面或與該出光面相對之一底面，且分別為凹陷結構，各該光學微結構之側壁面與底面夾設有一夾角，該夾角介於155~175度；一光學膠，塗佈於該出光面或該底面，且該光學膠係填滿該等光學微結構，該光學膠之折射係數介於1.35~1.5；及一光源，對應該入光面設置，以提供側入光線；藉此，該光源之光線入射至該前光板後，係透過該等光學微結構與該光學膠而於該底面形成具高亮度之均勻出光。
2. 一種兼具高對比度及亮度之顯示器，其包括：一前光模組，包括：一前光板，具有一入光面及一出光面，該出光面與該入光面垂直鄰接設置；複數光學微結構，佈設於該出光面或與該出光面相對之一底面，且分別為凹陷結構，各該光學微結構之側壁面與底面夾設有一夾角，該夾角介於155~175度；一光學膠，塗佈於該出光面或該底面，且該光學膠係填滿該等光學微結構，且該光學膠之折射係數介於1.35~1.5；及一光源，對應該入光面設置，以提供側入光線；及一反射式顯示面板，對應該底面設置；藉此，該光源之光線入射至該前光板後，係透過該等光學微結構與該光學膠而於該底面形成具高亮度與對比度之均勻出光。
3. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第2項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該光學膠之折射係數較佳為1.5。
4. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第2項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該夾角較佳為170度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第2項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該前光板經由一加工模具以射出成型方式製成，且該加工模具係透過刀具旋轉切削加工，以於射出成型時在該前光板翻印形成具有光滑表面之該等光學微結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第2項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該前光板經由一加工模具以卷對卷押出成型方式製成，且該加工模具係將一金屬模具電鑄翻印，進而形成與該等光學微結構相對應之網狀凸點於該加工模具上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第6項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該金屬模具受刀具旋轉切削成形，使該些網狀凸點具光滑表面，進而使各該光學微結構為具光滑表面之凹陷結構。
8. 如申請專利範圍第6項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第6項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該金屬模具受雷射轟擊成形，使該些網狀凸點具粗糙表面，進而使各該光學微結構為具粗糙表面之凹陷結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第2項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，該出光面塗佈有另一光學膠，以使該前光板與一保護面板黏合組接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之兼具高對比度及亮度之前光模組或第2項所述之兼具高對比度及亮度之顯示器，其中，各該光學微結構之最大深度介於1.4~1.6μm。